專利名稱：咪唑基賴氨酸鹽離子液體鋼鐵緩蝕劑及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于緩蝕劑領(lǐng)域，具體涉及離子液體鋼鐵緩蝕劑。
背景技術(shù)：
鋼鐵是現(xiàn)代工業(yè)最重要的材料之一，廣泛應(yīng)用于海、陸、空交通運(yùn)輸、橋梁、車輛、機(jī)械設(shè)備、石油化工、城市建設(shè)等諸多領(lǐng)域。鋼鐵一般需要用酸液清洗表面，這樣勢必會使鋼鐵材料受到腐蝕，造成浪費(fèi)，甚至?xí)绊懖牧系男阅堋ｄ撹F腐蝕在影響設(shè)備壽命的同時(shí)，還造成了生產(chǎn)和生活的安全隱患。采用有效的措施減緩和抑制鋼鐵腐蝕反應(yīng)的發(fā)生尤為重要，添加緩蝕劑就是一種易于操作的有效手段，因其具有用量少、成本低、應(yīng)用范圍廣、緩蝕效率高且具有良好的效果和較高的經(jīng)濟(jì)效益，已成為防腐蝕技術(shù)中使用最廣的方法之一，被廣泛地應(yīng)用在石油產(chǎn)品的生產(chǎn)加工、化學(xué)清洗、大氣環(huán)境、工業(yè)用水和機(jī)器設(shè)備制造等領(lǐng)域。緩蝕劑種類繁多，但目前使用的鋼鐵緩蝕劑大都具有毒副作用，在生產(chǎn)和使用過程中對操作人員和生態(tài)環(huán)境存在較大危害，不滿足當(dāng)今綠色化學(xué)的發(fā)展要求。近年來，隨著人類環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，人們對化學(xué)品的使用所帶來的環(huán)境和生態(tài)危害日益關(guān)注。以前常用的緩蝕劑因毒性大、生物降解差，使其應(yīng)用受到越來越多的限制。因此，開發(fā)新型的無毒、高效、易生物降解、對環(huán)境不構(gòu)成破壞作用的綠色緩蝕劑成為緩蝕劑發(fā)展的迫切需要。離子液體是在室溫及相鄰溫度下完全由離子組成的有機(jī)液體物質(zhì)，通常是由特定的有機(jī)正離子和無機(jī)負(fù)離子組成，由于離子液體獨(dú)特的性質(zhì)和許多新的離子液體被合成，人們對離子液體的關(guān)注日益增加，在學(xué)術(shù)和工業(yè)上的多個(gè)領(lǐng)域被應(yīng)用，如電化學(xué)、合成，催化，材料，分離和生物技術(shù)等領(lǐng)域，被稱為是21世紀(jì)綠色化學(xué)最具有發(fā)展前景的研究內(nèi)容之一 O氨基酸離子液體作為一種`新型綠色溶劑，由于其具有更好的環(huán)境友好性、生物相容性、生物降解等功能而受到廣泛關(guān)注。氨基酸既可以作為陰離子也可以作為陽離子構(gòu)成氨基酸離子液體，其合成以天然氨基酸為原料，因而能夠更好地實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好性，具有生物降解性和生物活性，且材料方便易取，生產(chǎn)成本低。從理論上講，通過不同的陽離子和陰離子組合，離子液體的數(shù)量可能數(shù)以百萬計(jì)。因此，氨基酸離子液體作為一種新型綠色緩蝕劑具有巨大的潛力和廣闊的空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種咪唑基氨基酸鹽離子液體作為鋼鐵緩蝕劑的應(yīng)用。咪唑基氨基酸鹽離子液體作為緩蝕劑綠色環(huán)保、溶解性和生物降解性好，用在強(qiáng)酸環(huán)境中緩蝕效果良好，解決了現(xiàn)有緩蝕劑毒副作用大、生物降解差、環(huán)境友好性差的不足。本發(fā)明目的通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
一種鋼鐵緩蝕劑，含有咪唑基氨基酸鹽離子液體。作為優(yōu)選方式，所述咪唑基氨基酸鹽離子液體為咪唑基賴氨酸鹽離子液體。
作為優(yōu)選方式，本發(fā)明所述咪唑基氨基酸鹽離子液體中咪唑基側(cè)鏈取代基(R基)可以采用不同的烴基，從而根據(jù)需要對側(cè)鏈長度進(jìn)行調(diào)整。作為優(yōu)選方式，所述咪唑基氨基酸鹽離子液體為1-烯丙基-3-甲基咪唑賴氨酸鹽離子液體、1-己基-3-甲基咪唑賴氨酸鹽離子液體或1- 丁基-3-甲基-咪唑賴氨酸鹽離子液體中的至少一種。一種咪唑基氨基酸鹽離子液體作為鋼鐵緩蝕劑的應(yīng)用，適用于抑制鋼鐵在酸洗過程或其它酸性環(huán)境中的腐蝕，其具體方法為將咪唑基氨基酸鹽離子液體緩蝕劑加入到與鋼鐵接觸的溶液中。適用于對鋼鐵進(jìn)行清洗，也適用于長期與液體接觸的鋼鐵的緩蝕。作為優(yōu)選方式，上述方法中，所述咪唑基氨基酸鹽離子液體在與鋼鐵接觸的溶液中的加入量為1. 0X10_3-1. OXlO-1 mol/L，所述酸液的質(zhì)量百分濃度為5-10 %，所述與鋼鐵接觸的溶液為鹽酸或硫酸溶液，酸液的溫度為30-50 °C，接觸時(shí)間為12 h，
咪唑基氨基酸鹽離子液體的合成方法，具體步驟如下
中間體-咪唑季銨鹽的合成將干燥并蒸懼過的0.05 mo I N-甲基咪唑溶解在甲苯
中，然后向其中滴加稍過量的溴代烴(根據(jù)咪唑上的取代基的不同作相應(yīng)的選擇，本發(fā)明實(shí)施例中具體涉及溴代正丁烷、溴代正己烷和烯丙基溴)，磁力攪拌，加熱進(jìn)行回流，反應(yīng)4 h，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)分層除去大部分的溶劑，并用乙酸乙酯洗滌3次，以除去殘余的溶劑和未反應(yīng)的原料，真空干燥24 h，得中間體溴代咪唑季銨鹽([Rmim]Br，R分別為丁基、己基和烯丙基)。咪唑季銨堿([Rmim]
)的制備將稀釋后的[Rmim]Br水溶液加入到處理好的離子交換柱中進(jìn)行交換，使[Rmim]Br上的Br_與離子交換柱中的OH 進(jìn)行交換，從而得到[Rmim]
。批次 收集流出液，以AgNO3-HNO3混合溶液進(jìn)行檢測，直到流出的液體中出現(xiàn)淡黃色絮狀沉淀為止。收集的[Rmim]
溶液在50 1旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去大部分水，冷卻至室溫，備用。氨基酸鹽離子液體的制備將用離子交換法得到的[Rmim]
溶液通過恒壓滴液漏斗滴加到氨基酸稍過量的氨基酸水溶液中，室溫?cái)嚢?4 h，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去體系中的水，然后往該體系中加入乙腈和甲醇(乙腈甲醇=9:1)的混合溶劑，在室溫下劇烈攪12 h后，使未反應(yīng)的氨基酸析出，過濾除去過量的氨基酸，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去濾液中的溶劑，將所得產(chǎn)品在真空干燥箱中80 °C下真空干燥24 h，即得氨基酸鹽離子液體。本發(fā)明所述咪唑基賴氨酸鹽離子液體的結(jié)構(gòu)式如圖7所示。本發(fā)明的有益效果1.本發(fā)明所述鋼鐵緩蝕劑中，構(gòu)成離子液體陽離子的咪唑?yàn)楹s環(huán)化合物，構(gòu)成離子液體陰離子的氨基酸也為含氮化合物，氮原子含有孤對電子，可向鋼鐵材料的表面鐵原子空軌道提供電子進(jìn)行吸附，形成有機(jī)分子膜，從而將鋼鐵基體與周圍的侵蝕性介質(zhì)隔離開來，抑制鋼鐵的腐蝕，起到緩蝕作用。另外，咪唑中還可以包含具有一定鏈長度的取代基，從而使該有機(jī)分子膜具有相當(dāng)?shù)暮穸龋瑥亩玫乇ＷC緩蝕性能，且該取代基的鏈長度可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，通過增加鏈長度(如將取代基碳原子數(shù)目增加到12-18個(gè))來使有機(jī)分子保護(hù)膜變厚，從而獲得更好的緩蝕性能。2.本發(fā)明所述鋼鐵緩蝕劑，以天然氨基酸為原料，更好地實(shí)現(xiàn)了環(huán)境友好性，具有生物降解性和生物活性，且材料方便易取，生產(chǎn)成本低。氨基酸離子液體，水溶性極好，蒸汽壓低，在較寬的范圍內(nèi)不揮發(fā)，毒性小，綠色環(huán)保，且在緩蝕劑領(lǐng)域尚未見報(bào)道。將其用作鋼鐵緩蝕劑能成功克服現(xiàn)有緩蝕劑毒副作用大、生物降解差、環(huán)境友好性差的不足。3.本發(fā)明所述鋼鐵緩蝕劑緩蝕效果好，且既可用于鋼鐵的表面酸洗過程，也可用于長期與液體接觸的鋼鐵的保護(hù)。


圖1是碳鋼試樣在30± I °C溫度條件下在5 % H2SO4溶液中浸泡腐蝕12 h后的表面金相觀測圖。圖2是碳鋼試樣在30 ± I °C溫度條件下在1- 丁基-3-甲基-咪唑賴氨酸鹽離子液體濃度為O.1 mol/L的5 % H2SO4溶液中浸泡腐蝕12 h后的表面金相觀測圖。圖3是碳鋼試樣在30 ± I °C溫度條件下在1-己基-3-甲基-咪唑賴氨酸鹽離子液體濃度為O.1 mol/L的5 % H2SO4溶液中浸泡腐蝕12 h后的表面金相觀測圖。圖4是不同濃度下1-烯丙基-3-甲基-咪唑賴氨酸鹽離子液體對碳鋼在10 %H2SO4溶液中的極化曲線；其中a.不加1-烯丙基-3-甲基-咪唑賴氨酸鹽，b.1-烯丙基-3-甲基-咪唑賴氨酸鹽濃度為O. 005 mol/L, c.1-烯丙基-3-甲基-咪唑賴氨酸鹽濃度為O. 01 mol/L, d.1-烯丙基-3-甲基-咪唑賴氨酸鹽濃度為O. 05 mol/L。

圖5是不同溫度條件下1- 丁基-3-甲基-咪唑賴氨酸鹽離子液體對碳鋼在5 %H2SO4溶液中的緩蝕效率隨濃度的變化關(guān)系圖。圖6是不同溫度條件下1-己基-3-甲基-咪唑賴氨酸鹽離子液體對碳鋼在5 %H2SO4溶液中的緩蝕效率隨濃度的變化關(guān)系圖。圖7是本發(fā)明的咪唑基賴氨酸鹽離子液體的結(jié)構(gòu)式，其中R= 丁基、己基、烯丙基或其他長鏈取代基。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。但不應(yīng)該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。實(shí)施例1三種咪唑基賴氨酸鹽離子液體的合成，具體步驟如下
(I)中間體一溴代咪唑季銨鹽的合成將干燥并蒸餾過的0.05 mo I N-甲基咪唑溶解在甲苯中，然后向其中滴加稍過量的溴代烴(根據(jù)咪唑上的取代基的不同作相應(yīng)的選擇，本實(shí)施例中三種離子液體具體涉及的溴代烴分別為溴代正丁烷、溴代正己烷和烯丙基溴)，磁力攪拌，加熱進(jìn)行回流，反應(yīng)4 h，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)分層除去大部分的溶劑，并用乙酸乙酯洗滌3次，以除去殘余的溶劑和未反應(yīng)的原料，真空干燥24 h，得到中間體溴代咪唑季銨鹽([Rmim]Br, R分別為丁基、己基和烯丙基)。(2)咪唑季銨堿([Rmim]
)的制備將稀釋后的[Rmim]Br水溶液加入到處理好的離子交換柱中進(jìn)行交換，使[Rmim]Br上的Br_與離子交換柱中的OH 進(jìn)行交換，從而得到[Rmim]
。批次收集流出液，以AgNO3-HNO3混合溶液進(jìn)行檢測，直到流出的液體中出現(xiàn)淡黃色絮狀沉淀為止。收集的[Rmim]
溶液在50 1旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去大部分水，冷卻
至室溫，備用。
(3)賴氨酸鹽離子液體的制備將用離子交換法得到的[Rmim]
溶液通過恒壓滴液漏斗滴加到賴氨酸稍過量的賴氨酸水溶液中，室溫?cái)嚢?4 h，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去體系中的水，然后往該體系中加入乙腈和甲醇(乙腈甲醇=9:1)的混合溶劑，在室溫下劇烈攪12h后，使未反應(yīng)的賴氨酸析出，過濾除去過量的賴氨酸，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去濾液中的溶劑，將所得產(chǎn)品在真空干燥箱中80 °C下真空干燥24 h，即得三種賴氨酸鹽離子液體。干燥環(huán)境下保存?zhèn)溆谩?shí)施例2本實(shí)施例為不同濃度1- 丁基-3-甲基-咪唑賴氨酸鹽離子液體對碳鋼在硫酸溶液中的緩蝕作用
為了考察1- 丁基-3-甲基-咪唑賴氨酸鹽離子液體的濃度與其對碳鋼在硫酸溶液中緩蝕作用的關(guān)系，取相同體積(1000 mL)·的質(zhì)量百分濃度為5 %的硫酸5份，加入1- 丁基-3-甲基-咪唑賴氨酸鹽離子液體使之濃度分別為O. 001,0. 005,0. 01,0. 05,0. lmol/L,并取不加離子液體的5 %的硫酸作為空白對照，然后在30±1 °C溫度條件下，將碳鋼試樣(規(guī)格50 mmX 25 mmX 3 mm)分別置于上述溶液中浸泡腐蝕12 h后,按公式I測定碳鋼試樣的腐蝕速度，并按公式2計(jì)算不同濃度下1- 丁基-3-甲基-咪唑賴氨酸鹽離子液體的緩蝕效率，結(jié)果如表I所示，并對其中在5 % H2SO4和1- 丁基-3-甲基-咪唑賴氨酸鹽離子液體濃度為O.1 mol/L的5 % H2SO4溶液中浸泡腐蝕12h后的兩個(gè)試樣作金相觀測，金相觀測的表面形貌分別如圖1和圖2所示。腐蝕速度計(jì)算公式J= O0 _ m) /St= Am/St公式I K :試樣的腐蝕速度，g/cm2 · h ；
o :試樣腐蝕前質(zhì)量，g ; a :試樣腐蝕后質(zhì)量，g ;
S :試樣面積，cm2 ； t :腐蝕時(shí)間，h。緩蝕效率計(jì)算公式7_ κ ι) / 100°/°公式2 % :空白溶液中試樣的腐蝕速度
V1 :加入緩蝕劑的溶液中試樣的腐蝕速度
表I1- 丁基-3-甲基-咪唑賴氨酸鹽的濃度對碳鋼在5 % H2SO4中緩蝕作用的影響
權(quán)利要求
1.一種鋼鐵緩蝕劑，其特征在于含有咪唑基氨基酸鹽離子液體。
2.如權(quán)利要求1所述的鋼鐵緩蝕劑，其特征在于所述咪唑基氨基酸鹽為咪唑基賴氨酸鹽。
3.如權(quán)利要求2所述的鋼鐵緩蝕劑，其特征在于所述咪唑基賴氨酸鹽為1-己基-3-甲基-咪唑賴氨酸鹽。
4.如權(quán)利要求2所述的鋼鐵緩蝕劑，其特征在于所述咪唑基賴氨酸鹽為1-烯丙基-3-甲基咪唑賴氨酸鹽。
5.如權(quán)利要求2所述的鋼鐵緩蝕劑，其特征在于所述咪唑基賴氨酸鹽為1-丁基-3-甲基-咪唑賴氨酸鹽。
6.一種如權(quán)利要求1所述的鋼鐵緩蝕劑的應(yīng)用，其特征在于用于抑制鋼鐵在酸洗過程或其它酸性環(huán)境中的腐蝕，其具體方法為將權(quán)利要求1所述的鋼鐵緩蝕劑加入到與鋼鐵接觸的溶液中。
7.如權(quán)利要求6所述的鋼鐵緩蝕劑的應(yīng)用，其特征在于所述鋼鐵緩蝕劑在的加入量為1. 0Χ1(Γ3-1· OXKT1 mol/L。
8.如權(quán)利要求6所述的鋼鐵緩蝕劑的應(yīng)用，其特征在于所述與鋼鐵接觸的溶液為硫酸或鹽酸，其質(zhì)量百分濃度范圍為5-10 %。
9.如權(quán)利要求6所述的鋼鐵緩蝕劑的應(yīng)用，其特征在于所述與鋼鐵接觸的溶液的溫度為 30-50 V。
10.一種權(quán)利要求1所述鋼鐵緩蝕劑的制備方法，其特征在于 (1)中間體一咪唑季銨鹽的合成將干燥并蒸餾過的N-甲基咪唑溶解在甲苯中，然后向其中滴加稍過量的溴代烴，磁力攪拌，加熱進(jìn)行回流，反應(yīng)4 h，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)分層除去大部分的溶劑，并用乙酸乙酯洗滌3次，以除去殘余的溶劑和未反應(yīng)的原料，真空干燥24 h，得中間體溴代咪唑季銨鹽。
(2)咪唑季銨堿的制備將上述溴代咪唑季銨鹽溶于水，并加入到離子交換柱中，使Br_與離子交換柱中的0H—進(jìn)行交換，從而得到咪唑季銨堿。批次收集流出液，以AgNO3-HNO3混合溶液進(jìn)行檢測，直到流出的液體中出現(xiàn)淡黃色絮狀沉淀為止。收集的咪唑季銨堿溶液在50 1旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去大部分水，冷卻至室溫，備用。
(3)氨基酸鹽離子液體的制備將用離子交換法得到的咪唑季銨堿溶于水，通過恒壓滴液漏斗滴加到氨基酸稍過量的氨基酸水溶液中，室溫?cái)嚢?4 h，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去體系中的水，然后往該體系中加入乙腈甲醇=9:1的乙腈和甲醇混合溶劑，在室溫下劇烈攪12 h后，使未反應(yīng)的氨基酸析出，過濾除去過量的氨基酸，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去濾液中的溶劑，將所得產(chǎn)品在真空干燥箱中80 °C下真空干燥24 h，即得氨基酸鹽離子液體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離子液體作為鋼鐵緩蝕劑的應(yīng)用。采用咪唑基氨基酸鹽離子液體作為緩蝕劑，只需將緩蝕劑加入到與鋼鐵接觸的溶液中，操作簡單，緩蝕效果好。該緩蝕劑綠色環(huán)保、溶解性和生物降解性好，緩蝕效果良好，解決了現(xiàn)有緩蝕劑毒副作用大、生物降解差、環(huán)境友好性差等問題。
文檔編號C23F11/14GK103046055SQ20131001340
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者龔敏, 鄭興文, 姜春梅, 陳雪丹 申請人:四川理工學(xué)院